CN107003130B

CN107003130B - 微机电陀螺仪

Info

Publication number: CN107003130B
Application number: CN201580066847.2A
Authority: CN
Inventors: G.安德森; E.斯文松; B.斯托夫; N.赫登斯蒂尔纳
Original assignee: Rice Akrio
Current assignee: Rice Akrio
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: CN107003130A; US9976858B2; EP3034997A1; EP3034997B1; US20170268879A1; WO2016097117A1

Abstract

本发明涉及用于检测绕合成灵敏度轴线(101)的旋转运动的传感器(100)。传感器包括至少两个双质量块陀螺仪单元(102a‑d)，所述陀螺仪单元中的每一个适合于检测绕相应的陀螺仪单元的灵敏度轴线(104)的旋转运动。灵敏度轴线彼此平行、并且平行于所述合成灵敏度轴线。陀螺仪单元在陀螺仪单元的惯性质量块(106、108)处相互连接，这使陀螺仪单元同步操作。

Description

微机电陀螺仪

技术领域

本发明涉及基于微机电系统(MEMS)的陀螺仪。

背景技术

随着用于以受控方式制造微米结构的复杂方法的发展,基于微机电系统(MEMS)技术的装置已经变得更具吸引力。已获得大量应用的一种重要类型的装置是基于MEMS的陀螺仪。这样的装置例如在装置的导航、定位和追踪中具有重要作用，而对于其上可以安装MEMS陀螺仪的设备的机械稳定性的监测和控制也具有重要作用。

在制造MEMS陀螺仪中的大的挑战是获得用于优选在大规模生产线中制作足够良好平衡的陀螺仪装置的制造方法。这样的陀螺仪装置通常包括多个相互连接的惯性质量块，所述多个相互连接的惯性质量块可以被激励以在操作期间绕激励轴线旋转或振动。旋转运动的检测通过检测受科里奥利力影响的惯性质量块绕检测轴线的偏转来执行。然而，制造缺陷可能在陀螺仪中引入非对称，这可能影响导航方式中的操作。例如，如果陀螺仪不良好平衡，外部振动可能激励陀螺仪的振动模式，因而也扭曲感测模式，在输出信号中引起相对高的误差。

为了避免外部振动，陀螺仪可能必须被从振动源隔离，或者仅使用良好平衡的陀螺仪，其有效地导致低的制作收益。

US6467349公开一种MEMS陀螺仪，其对于若干应用，例如在汽车工业中具有相对好的性能。然而，会期待减少外部振动对这样的陀螺仪的影响以便进一步提高性能。

因而，存在对更鲁棒性的陀螺仪传感器的需要，该陀螺仪传感器对外部振动较为不敏感、并且具有改进的结构构造。

发明内容

鉴于以上，本发明的总体目的在于：提供一种陀螺仪传感器，其对外部振动较为不敏感。

根据第一方面，因此提供一种用于检测绕合成灵敏度轴线的旋转运动的传感器，该传感器包括至少两个双质量块陀螺仪单元，每个陀螺仪单元适于检测绕相应陀螺仪单元的灵敏度轴线的旋转运动，灵敏度轴线彼此平行、并且平行于合成灵敏度轴线，每个陀螺仪单元包括：

总惯性质量块，总惯性质量块包括物理地附接到彼此的第一惯性质量块和第二惯性质量块，第一和第二质量块中的每一个被布置成与相应的第一和相应的第二电极空间地间隔开并且面对相应的第一和相应的第二电极，其中第一质量块绕传感器单元的检测轴线的旋转导致总惯性质量块与第一和第二电极中的一个电极之间的电容的正改变、以及总惯性质量块与第一和第二电极中的另一个电极之间的电容的负改变，其中所述检测轴线垂直于灵敏度轴线和激励轴线，并且当传感器单元经受绕灵敏度轴线的旋转时由科里奥利力引起旋转；

第一激励器件，用于使第一质量块在绕大体上垂直于陀螺仪单元的灵敏度轴线的第一激励轴线的旋转运动中振荡；

第二激励器件，用于激励第二质量块在绕大体上垂直于陀螺仪单元的灵敏度轴线、并且平行于第一激励轴线的第二激励轴线的旋转运动中振荡，第二质量块的振荡与第一质量块的振荡反相；

其中第一陀螺仪单元的第一质量块被通过连接元件连接到第二陀螺仪单元的第一质量块，使得第一陀螺仪单元的第一质量块绕激励轴线在第一方向上的旋转使第二陀螺仪单元的第一质量块绕其相应的激励轴线在与第一方向相比相反的方向上旋转，

其中每个陀螺仪单元的第一和第二质量块中的每一个包括第一和第二半部，所述第一和第二半部由与灵敏度轴线平行、并且与相应的质量块的激励轴线交叉的轴线的相反侧限定，

其中连接元件被连接到第一陀螺仪单元的第一质量块的第一半部和第二陀螺仪单元的第一质量块的第二半部。

根据本发明，双质量块陀螺仪是包括至少两个惯性质量块的陀螺仪。此外，陀螺仪的惯性质量块是通过激励在运动中设定的质量块，由此激励使惯性质量块以旋转方式旋转或振荡。当惯性质量块经受绕灵敏度轴线的远离水平取向的旋转时，惯性质量块由于科里奥利力而绕检测轴线旋转，其中所述灵敏度轴线垂直于激励轴线(因而在运动中绕其设定惯性质量块的轴线)。检测轴线、灵敏度轴线和激励轴线彼此垂直。

第一和第二质量块中的每一个具有相应的对应第一和第二电极。每个质量块的第一和第二电极被布置成使得相应的惯性质量块面对电极。惯性质量块被从电极间隔开，因为它们可不彼此物理接触。第一和第二电极是固定的(因而静态的)，使得第一电极与惯性质量块之间的电容和第二电极与惯性质量块之间的电容由于惯性质量块的运动而被修改。从而，第一和第二电极被布置成使得相应的惯性质量块绕检测轴线的旋转导致第一电极或第二电极中的一个电极与第一惯性质量块之间的第一信号(例如，负的)的电容改变；以及第一或第二电极中的另一个电极与第一惯性质量块之间的相反信号(例如，正的，如果第一信号是负的)的电容改变。类似地，当相应的惯性质量块绕检测轴线旋转时同样适用于第二惯性质量块，即，其导致第二惯性质量块与第一和第二电极中的一个电极之间的电容的正改变、以及第二惯性质量块与第一和第二电极中的另一个电极之间的电容的负改变，换言之，第一和第二惯性质量块(总惯性质量块)绕检测轴线的旋转导致总惯性质量块与第一和第二电极中的一个电极之间的电容的正改变、以及总惯性质量块与第一和第二电极中的另一个电极之间的电容的负改变。

所述两个质量块被激励使得它们在绕激励轴线的旋转运动中彼此反相振荡。因而，当第一质量块在逆时针方向上振荡时，第二质量块在顺时针方向上振荡。

此外，根据本发明，第一陀螺仪单元的第一质量块被连接到第二陀螺仪单元的第一质量块。由此，第一和第二陀螺仪单元的第一质量块的运动可以被联接成使得两个陀螺仪单元的第一质量块的旋转在方向上相对于彼此相反。例如，在给定时间，如果第一陀螺仪单元的第一质量块在逆时针方向上旋转，则第二质量块的第一质量块可以绕激励轴线在顺时针方向上旋转。

此外，第一陀螺仪单元的第一质量块和第二陀螺仪的第二质量块可以同时相对于彼此反相振荡。

本发明基于这样的现实，即，可以通过把偶数个反相操作的陀螺仪单元相互连接来抑制外部振动的影响。一般地，陀螺仪可能对外部振动敏感，特别是如果制造误差已经使陀螺仪的惯性质量块不平衡或者陀螺仪的弹簧力是不对称的。外部振动可能影响感测模式，并且可能使测量电子饱和。利用本发明，相互连接的陀螺仪单元反相操作并且由此自动抵消来自小的制造误差(引起例如惯性质量块不平衡)的影响，否则制造误差可能使单个陀螺仪单元对外部振动敏感。连接元件迫使两个陀螺仪单元的驱动运动(即，绕激励轴线的激励)是同步的，因而在激励模式中减少甚至消除来自由于制造缺陷引起的质量块不平衡或非对称弹簧力的影响。此外，连接元件使绕惯性质量块的检测轴线的运动更同步，因而也在感测模式中减少甚至消除来自由于例如制造缺陷引起的质量块不平衡或非对称弹簧力的影响。因而，利用本发明，外部振动造成的个体陀螺仪单元的较低本征模式中的任一个的激励的风险被大体上减少或者甚至消除。制造误差的示例可以是对偶数个陀螺仪单元的线性厚度梯度，这使得个体陀螺仪单元的惯性质量块的不平衡。例如，陀螺仪传感器的驱动可以利用例如5-55kHz的激励来进行。利用本发明，连接元件可以将惯性质量块在相同方向上旋转的本征模式设定为激励频率的至少3倍，或者甚至设定为激励频率的至少10倍和/或设定为小于1MHz、2MHz或5MHz。

优选地，陀螺仪单元的灵敏度轴线在相同的平面中。

此外，相邻的陀螺仪单元的质量块在每个质量块的半部处被连接到彼此，其中相应的质量块的半部在相反侧上。以这种方式，第一陀螺仪单元的第一惯性质量块和第二陀螺仪单元的第一惯性质量块绕其相应的激励轴线在相反方向上旋转，与被连接在惯性质量块的其它半部处相比，具有较为不复杂的机械布局。更详细地，该设定通常允许具有更高制造公差的更简单的设计(即，其更具鲁棒性)。

根据本发明的实施例，连接元件可以被连接到第一陀螺仪单元的第一质量块的第一侧，并且被连接到第二陀螺仪单元的第一质量块的第二侧，其中所述第一侧和所述第二侧彼此面对。因而，在相应惯性质量块的彼此相邻的一侧处，连接元件可以有利地被连接到两个陀螺仪单元中的每一个的第一惯性质量块。例如，如果陀螺仪单元的惯性质量块的布局是多边形的，则连接元件被连接到每个第一惯性质量块的多边形布局的侧，其方式为所述侧彼此面对。在彼此面对的侧处的该连接能够实现传感器的有利构造(制造)。例如，相对小(例如，短)的连接元件充分减小制造缺陷的风险。

连接元件可以优选地是自支撑的。例如，刚性连接元件是可能的。半自支撑连接元件使得惯性质量块经由连接元件连接到彼此以经由连接元件彼此推动。当然，拉动作也是可能的。经由连接元件的相互连接的惯性质量块的有效同步化因此能够实现。

此外，连接元件可以是弹性连接件。弹性连接件允许当受到力时连接元件变形并且之后当力被释放时反向变形。因而，当力被释放时，弹性连接件回弹到其初始形状。

操作有效并且相对制造友好的连接元件可以是S形的或Z形的。

第一陀螺仪单元的第一质量块和第二陀螺仪的第二质量块的振荡可以是同步的并且绕相应的激励轴线相对于彼此反相。

在根据本发明的又另一实施例中，陀螺仪单元被设置有包括第一激励器件和第二激励器件的驱动框架，所述驱动框架被布置在第一和第二质量块外部，每个驱动框架通过联接构件被连接到相应的质量块。驱动框架是外部的，其方式为它们被布置成分开的机械单元。每个驱动框架通过联接构件被连接到相应的质量块，联接构件优选是自支撑的。通过使驱动框架移动，由此经由联接构件使惯性质量块移动(即，振荡)，可以完成惯性质量块的激励。

在又另一示例性实施例中，所述第一和第二激励器件中的每一个被构造成使所述驱动框架中的每个驱动框架沿着与灵敏度轴线平行的方向交替地移动，以便使所述第一质量块和所述第二质量块中的每一个质量块分别在绕所述第一激励轴线和所述第二激励轴线的旋转运动中振荡。

所述至少两个陀螺仪单元可以进一步经由第二连接元件连接，其中第一陀螺仪单元的第二质量块被通过第二连接元件连接到第二陀螺仪单元的第二质量块，使得第一陀螺仪单元的第二质量块绕相应的激励轴线在第一方向上的旋转使第二陀螺仪单元的第二质量块绕其相应的激励轴线在与第一方向相比相反的方向上旋转。换言之，两个相邻的陀螺仪单元可以通过与第一连接元件相似的第二连接元件在每个陀螺仪单元的相应第二惯性质量块处连接。

此外，可以经由更多连接构件连接多于两个陀螺仪单元。例如，第三陀螺仪单元可以被连接到第二陀螺仪单元，其方式与第一陀螺仪单元如何被连接到第二陀螺仪单元类似。类似地，第四陀螺仪单元可以经由另外的连接构件被连接到第三陀螺仪单元，所述另外的连接构件具有如参考第一和第二连接元件描述的结构和功能特征。优选地，传感器的陀螺仪单元的数目是偶数。例如，传感器的陀螺仪单元的数目可以是二、四、六、八等。

根据本发明的实施例，传感器可以是平面传感器。换言之，当传感器静止时，传感器的部分，例如惯性质量块和连接元件的部分可以被布至少置在同一中心平面中。惯性质量块和连接元件可以被布置在传感器的层中。

例如，第一和第二惯性质量块和连接元件可以被形成在单个单元中。因而，第一和第二惯性质量块和连接元件可以被外延地生长在基底(例如，Si基底)上并且被使用能够制造具有平坦且良好限定的厚度的结构(惯性质量块和连接元件)的平版印刷术以及微米和纳米制造技术来图案化和刻蚀。

第一和第二惯性质量块可以经由伸长的连接器连接，其中第一和第二质量块相对于伸长的连接器被对称布置。此外，第一质量块的三维形状大体上与第二质量块的三维形状相同。然而，第二质量块相对于灵敏度轴线和/或检测轴线与第一质量块相比是反向的(例如，镜像)。

当研习所附权利要求和以下说明时，本发明的进一步的特征和优点将是显而易见的。本领域的普通技术人员意识到，本发明的不同特征可以被组合以创建以下描述的那些实施例以外的实施例，而不会背离本发明的范围。

附图说明

现在将结合附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，附图示出本发明的当前优选实施例，其中：

图1a-b图示陀螺仪单元的分解视图(图1a)和同一陀螺仪单元的透视图(图1b)；

图2示意性示出本发明的示例性实施例；

图3示出驱动模式中的本发明的示例性实施例；

图4示出感测模式中的本发明的示例性实施例；并且

图5a-f图示本发明的示例连接元件。

具体实施方式

在以下描述中，主要参考包括四个陀螺仪单元的陀螺仪传感器来描述本发明。然而，应注意的是，这绝不限制本发明的范围，这同样可以应用到具有除了四个以外的不同数目的陀螺仪单元的陀螺仪单元，但至少具有两个陀螺仪单元。这里描述的传感器仅仅是示例实施例。

图1a图示陀螺仪单元102的分解视图，并且图1b图示图1a中所示的陀螺仪单元102的透视图，其目的是描述陀螺仪单元102的操作的基本原理和结构特征。进一步存在被电连接到陀螺仪单元102的电子装置140。因而，图1a-b图示根据本发明的双质量块陀螺仪单元102。

陀螺仪单元102包括第一惯性质量块106和第二惯性质量块108、第一电极110和第二电极112以及激励器件114、116。在图1a-b中也指示的用于陀螺仪单元102的灵敏度轴线104、激励轴线118、119和检测轴线127。坐标轴线图示不同轴线104、118、119、127的取向。第一惯性质量块106和第二惯性质量块108通过连接构件109被物理地附接到彼此。连接构件109可以是将第一惯性质量块106和第二惯性质量块108相互连接的横梁或弹簧(该列单是非排他性的)的形式。每个惯性质量块106、108被布置成与第一电极110以及第二电极112空间地间隔开、并且面对第一电极110以及第二电极112。电极110、112被布置在支撑基底113上，并且电极110、112也被布置成与惯性质量块106、108分离。例如，在惯性质量块106、108的静止位置，电极110、112被布置在与惯性质量块106、108的平面平行的平面中。

惯性质量块106、108经由例如弹簧128、129被分别悬挂在锚点123、124处，使得第一和第二惯性质量块106、108可以绕相应的激励轴线118、119在旋转运动中振荡。第一和第二惯性质量块106、108被进一步连接到相应的激励器件114、116。例如，第一惯性质量块106经由联接构件125被物理地连接到激励器件114，并且其二惯性质量块108经由联接构件126(例如，连接杆、梁或弹簧，该列单是非排他性的)被物理地连接到激励器件116。此外，联接构件125、126可以例如是具有到相应的激励器件114、116的弹簧型连接件131、132的梁。或者，联接构件125、126可以例如是具有到相应的激励器件114、116的弹簧型连接件131、132的杆。

在激励器件114、116被致动以在由箭头302指示的侧向方向上例如在大体上与灵敏度轴线104平行的方向上移动时，激励器件114、116与联接构件125、126一起使得相应的惯性质量块106、108绕相应的激励轴线118、119旋转。这被图示在用于包括四个陀螺仪单元102的传感器的图3中。

如果陀螺仪单元102经受绕灵敏度轴线104的旋转，则惯性质量块(如果它们被激励以绕激励轴线振荡)将由于科里奥利力也绕检测轴线127以旋转方式振荡。绕检测轴线的旋转振荡也称为感测模式并且被图示在图4中。

在感测模式中(图示在图4中)，第一惯性质量块106和第二惯性质量块108绕检测轴线127振荡。图4图示振荡的一个位置。该振荡使得相应的惯性质量块106、108和每个电极110、112之间的距离随着振荡周期性改变。由此，惯性质量块106、108和电极110、112之间的电容也周期性改变。惯性质量块(见例如图3)的激励以激励频率执行。因而，第一惯性质量块106和第二惯性质量块108以激励频率绕相应的激励轴线118、119振荡。由此，如图4中所示的惯性质量块106、108绕检测轴线127的振荡旋转运动将与惯性质量块106、108绕激励轴线118、119的振荡同步。因而，惯性质量块106、108与电极110、112之间的电容改变因此也与激励频率同步。

此外，图1示意性示出电子装置140，其被连接到陀螺仪单元102用于检测指示绕灵敏度轴线104的旋转的电容改变。如前所述，与第一惯性质量块106和第二惯性质量块108间隔开，一组电极110、112被布置用于陀螺仪单元102。电子装置140包括输入端子146-148。第一输入端子146被电连接到第一电极110并且第二输入端子147被电连接到第二电极112。第三输入端子148被电连接到第一惯性质量块106和第二惯性质量块108(第一惯性质量块106和第二惯性质量块108经由连接构件109被连接到彼此)。根据一个示例实施例，质量块106、108和连接构件109以一件制成。电子装置140被构造成检测总惯性质量块105(总惯性质量块105由第一惯性质量块106和第二惯性质量块108组成)与第一电极110之间的电容，并且检测总惯性质量块与第二电极112之间的电容，或者至少检测指示相应电容的电压或者电容的改变。此外，输出信号可以是第一电极110与惯性质量块105之间的电容和第二电极112与惯性质量块105之间的电容之间的差分电容差。

图2是根据本发明的示例性实施例的传感器100的透视图。传感器100包括四个陀螺仪单元102a-d，每个被如参考图1a-b所描述地布置，被布置在一列中，其中相邻的陀螺仪单元102a-d通过相应的连接元件120a、120b被物理地连接到彼此。如将参考后续附图进一步描述的，连接元件120a、120b迫使相互连接的陀螺仪单元102a-b、102b-c、102c-d的惯性质量块106、108反相同步振荡。换言之，陀螺仪单元102a的第一质量块106被连接元件120a连接到第二陀螺仪单元102b的第一质量块106。如果第一陀螺仪单元102a的第一质量块106被绕其激励轴线118在第一方向135上旋转，则该旋转经由连接元件120a使第二陀螺仪单元102b的第一质量块106绕其相应的激励轴线118在与第一方向135相比相反的第二方向136上旋转。并且反之亦然，当102a的第一质量块106在与第一方向135相反的方向136上被旋转时，陀螺仪单元102b的第一质量块106被引起在方向135上旋转。

传感器100适于测量绕与陀螺仪单元102a-d的灵敏度轴线104一致的合成灵敏度轴线101的旋转运动。此外，每个陀螺仪单元102a-d的第一电极110被彼此电连接并且每个陀螺仪单元102a-d的第二电极被彼此电连接。这些电连接可以在基底213上完成或者在基底213外部完成。

如图2的实施例中所示的传感器被图示为大体上平面传感器。因而，第一惯性质量块106和第二惯性质量块108、连接元件120a、120b以及联接构件125、126可以被形成在单个单元中，所述单个单元通过例如以下方法制造：外延地生长在基底213(例如，Si基底)上并且被使用能够制造具有平坦且良好限定的厚度的结构(惯性质量块和连接元件)的平版印刷术以及微米和纳米制造技术来图案化和刻蚀。

图3图示驱动模式中传感器100的惯性质量块106、108的运动，并且图4图示传感器100的感测模式。

在驱动模式中，如图3中所示，陀螺仪单元102a-d的激励器件114、116中的每一个通过激励器件114、116在由箭头302指示的侧向方向上的运动正在绕相应的激励轴线118、119激励相应的惯性质量块106、108。随后激励器件114、116中的每个在与箭头302相反的方向上移动。换言之，激励器件114、116中的每一个沿着由箭头302指示的方向交替地移动，即，它们沿着与灵敏度轴线大体上平行的轴线来回移动。每个惯性质量块106、108通过联接构件125、126被物理地连接到相应的激励器件114、116，使得激励器件的运动使相应的惯性质量块106、108在绕激励轴线118、119的旋转运动中振荡。在传感器100的操作期间，在传感器的驱动模式中，激励器件114、116由此激励相应的陀螺仪单元102a-d的相应惯性质量块106、108在绕激励轴线118、119的旋转运动中振荡。

激励器件114、116被布置成激励每个个体陀螺仪单元102a-d中的惯性质量块106、108，使得惯性质量块绕如图3中所示的相应激励轴线118、119相对于彼此反相同步旋转。将第一陀螺仪单元102a的第一质量块106与相邻陀螺仪单元102b的第一质量块106物理地连接的连接元件102a-c和类似地第二连接元件120b连接相邻陀螺仪单元102a-b的第二质量块108，使相邻的陀螺仪单元102的第一质量块106和第二质量块108反相向同步振荡。例如，连接元件可以具有Z形状，如在例如图5b中所示。利用该形状，尽管其它形状是可能的，连接元件120a-c可以有效地使用例如第一陀螺仪单元120a的第一惯性质量块106的运动来推动或拉动第二陀螺仪单元120b的第一惯性质量块106。此外，以类似的方式，第二陀螺仪单元102b的第二惯性质量块108可以推动或拉动第一陀螺仪单元102a的第二惯性质量块108。

当传感器在驱动模式中时，因而当惯性质量块正被如参考图3所述地激励时，并且如果传感器100然后经受绕合成灵敏度轴线101的旋转(注意的是，个体陀螺仪单元102a-d的所有灵敏度轴线104一致，因而形成总灵敏度轴线101)，则科里奥利力以如图4中所示的方式引起惯性质量块106、108绕相应的惯性质量块106、108的检测轴线127的旋转运动。此外，如参考图3所描述的，惯性质量块106、108绕相应的激励轴线118、119的激励使得惯性质量块106、108异相同步振荡。换言之，当惯性质量块106在第一(例如，顺时针)方向135上旋转时，第二惯性质量块108在相反方向136上旋转，这里在逆时针方向上旋转。该异相振荡导致在如参考图4所描述的感测模式中的类似的反相运动。因而，在惯性质量块106在顺时针方向上旋转时，惯性质量块108绕检测轴线127在逆时针方向上旋转。在感测模式中，连接元件120a也可以迫使绕与连接元件120a相互连接的惯性质量块106、108的检测轴线127的旋转运动更加同步。

此外，连接元件120a适于物理地连接相邻陀螺仪单元102a-b、102b-c、102c-d的第一质量块106，并且以类似的方式，第二连接元件120b物理地连接相邻陀螺仪单元102a-b、102b-c、102c-d的第二质量块108。因为每个陀螺仪单元102a-d的第一电极110被电连接并且每个陀螺仪单元102a-d的第二电极也被电连接，所以电子装置140(如图1中所示)测量来自同步操作的所有陀螺仪单元102a-d的合成信号。由于通过连接元件120a-c在陀螺仪单元102a-d之间获得物理地连接，同步操作是可能的。

图5a-e图示连接元件120的不同形状。在每个附图中，示出有惯性质量块108、108’，惯性质量块108、108’可以是例如相邻的陀螺仪单元102a-d的第二惯性质量块108、108’。例如，第一陀螺仪单元可以包括第二惯性质量块108，并且第二陀螺仪单元可以包括第二惯性质量块108’。图5a示出具有大体上直线形状的连接元件120，图5b示出Z形状的变型，图5c示出S形状的变型，图5d示出Z形状的变型并且图5e示出连接元件120的进一步可能构造。在图5a-d中，连接元件120被附接到相应的惯性质量块108、108’的彼此面对的一侧502、504。此外，在图5a-e中，连接元件120的第一端被附接到相应的惯性质量块108、108’中的第一惯性质量块的相应半部，所述第一惯性质量块的相应半部与连接元件的另一端被附接到的第二惯性质量块的半部不同。如图5f中所示，半部被限定在轴线506的相反侧508、510上，所述轴线506与灵敏度轴线104、101平行并且与惯性质量块108的激励轴线119(或者在另一惯性质量块106上的激励轴线118，如果考虑另一质量块)相交。

连接元件120可以自支撑微梁的形式形成。连接元件120可以进一步是弹簧的形式。此外，连接元件可以是板簧或叶簧的形式。连接元件120可以被构造成自支撑并且因而能够从被连接到惯性质量块自由移动分开。连接元件可以进一步是柔性的。此外，连接元件120可以充分坚硬，以便更有效地迫使惯性质量块同步反相振荡。另外地或可替选地，连接元件120的高度可以大于连接元件120的宽度。应理解的是，在与激励轴线118平行的方向上测量高度，并且在与激励轴线118正交的方向上测量宽度。此外，为了便于传感器的制造，连接元件120的高度可以与传感器的厚度相同。然而，连接元件120的高度可以是其它高度，诸如传感器的厚度的一般，或者传感器的厚度的约75％，或者传感器的厚度的约120％。

传感器可以由硅或者包括硅的材料制成，诸如例如多晶硅(多晶体硅)或单晶硅，但是也可以是本领域已知的其它合适的(一种或多种)材料。

陀螺仪单元102a-d中的每一个可以基于由US646749，也由本专利申请的申请人所公开的陀螺仪。

另外地，通过研习附图、本公开和所附权利要求，在实践请求保护的本发明中，本领域的普通技术人员能理解和实现所公开的实施例的变型。例如，陀螺仪单元的数目可以比这里描述的四个更少或更多，例如两个、三个、五个、六个或更多个。此外，如在图1a中所图示的，第一电极110被彼此电连接并且第二电极112被彼此电连接。尽管这里描述为在基底上被彼此电连接，但是将第一电极110彼此电连接和将第二电极112彼此电连接的其它方式也是可能的。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。相互不同的独立权利要求中引述的某些测量并不指示这些测量的组合不能被使用成是有利的。

Claims

1.一种用于检测绕合成灵敏度轴线(101)的旋转运动的传感器(100)，所述传感器包括至少两个双质量块陀螺仪单元(102a-d)，所述陀螺仪单元中的每一个适于检测绕相应的陀螺仪单元的灵敏度轴线(104)的旋转运动，所述灵敏度轴线彼此平行、并且平行于所述合成灵敏度轴线，所述陀螺仪单元中的每一个包括：

总惯性质量块(105)，所述总惯性质量块包括被物理地附接到彼此的第一惯性质量块(106)和第二惯性质量块(108)，所述第一和第二惯性质量块中的每一个被布置成与相应的第一电极(110)和相应的第二电极(112)空间地间隔开、并且面对所述相应的第一电极和所述相应的第二电极，其中，所述第一惯性质量块绕所述陀螺仪单元的检测轴线(127)的旋转导致所述总惯性质量块与所述第一电极和所述第二电极中的一个电极之间的电容的正改变、以及所述总惯性质量块与所述第一电极和所述第二电极中的另一个电极之间的电容的负改变，其中，所述检测轴线垂直于所述灵敏度轴线，并且当所述陀螺仪单元经受绕所述灵敏度轴线的旋转时由科里奥利力引起所述第一惯性质量块的旋转；

第一激励器件(114)，所述第一激励器件用于使所述第一惯性质量块在绕大体上垂直于所述陀螺仪单元的所述灵敏度轴线的第一激励轴线的旋转运动中振荡；

第二激励器件(116)，所述第二激励器件用于激励所述第二惯性质量块在绕大体上垂直于所述陀螺仪单元的灵敏度轴线、并且平行于所述第一激励轴线的第二激励轴线(119)的旋转运动中振荡，所述第二惯性质量块的所述振荡与所述第一惯性质量块的所述振荡反相；

其中，第一陀螺仪单元的第一惯性质量块被通过第一连接元件(120a)连接到第二陀螺仪单元的第一惯性质量块，使得所述第一陀螺仪单元的所述第一惯性质量块绕相应的第一激励轴线在第一方向(135)上的旋转使所述第二陀螺仪单元的所述第一惯性质量块绕其相应的第一激励轴线在与所述第一方向相比相反的第二方向(136)上旋转；并且

其中，每个陀螺仪单元的所述第一惯性质量块和所述第二惯性质量块中的每一个包括第一半部(508)和第二半部(510)，所述第一半部和所述第二半部由与所述灵敏度轴线平行、并且与相应的质量块的激励轴线交叉的轴线(506)的相反侧限定，

其中，所述第一连接元件(120a)被连接到所述第一陀螺仪单元的所述第一惯性质量块的所述第一半部和所述第二陀螺仪单元的所述第一惯性质量块的所述第二半部。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一连接元件被连接到所述第一陀螺仪单元的所述第一惯性质量块的第一侧(502)、并且被连接到所述第二陀螺仪单元的所述第一惯性质量块的第二侧(504)，其中，所述第一侧和所述第二侧彼此面对。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一连接元件是自支撑的。

4.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一连接元件是S形的或Z形的。

5.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一陀螺仪单元的所述第一惯性质量块和所述第二陀螺仪单元的所述第一惯性质量块的所述振荡同步、并且绕各自相应的第一激励轴线相对于彼此反相。

6.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述陀螺仪单元被设置有包括所述第一激励器件和所述第二激励器件的驱动框架，所述驱动框架被布置在所述第一和第二惯性质量块外部，所述驱动框架中的每一个通过联接构件(125)被连接到相应的质量块。

7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述第一和第二激励器件中的每一个被构造成使所述驱动框架中的每一个沿着与所述灵敏度轴线(104)大体上平行的方向(302)交替地移动，以便使所述第一惯性质量块和所述第二惯性质量块中的每一个分别在绕所述第一激励轴线(118)和所述第二激励轴线(119)的旋转运动中振荡。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少两个陀螺仪单元被进一步经由第二连接元件(120b)连接，

其中，第一陀螺仪单元的第二惯性质量块被通过所述第二连接元件连接到第二陀螺仪单元的第二惯性质量块，使得所述第一陀螺仪单元的所述第二惯性质量块绕相应的第二激励轴线在第二方向(136)上的旋转使所述第二陀螺仪单元的所述第二惯性质量块绕其相应的第二激励轴线在与所述第二方向相比相反的第一方向(135)上旋转。

9.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述传感器是平面传感器。

10.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述传感器被形成在单个单元中。

11.根据权利要求1或2所述的传感器，包括偶数个陀螺仪单元。

12.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述第一和第二连接元件是弹性连接件。

13.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一和第二惯性质量块被经由伸长的连接器(109)物理地连接，其中，所述第一和第二惯性质量块相对于所述伸长的连接器对称布置。

14.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一惯性质量块的形状大体上与所述第二惯性质量块的形状相同。

15.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述第一连接元件迫使所述第一陀螺仪单元的所述第一惯性质量块绕相应的检测轴线(127)的旋转运动与第二陀螺仪单元的所述第一惯性质量块绕相应的检测轴线(127)的旋转运动同步并反相。